많은 사람들이 에폭시를 단순히 2액형 구조용 접착제(거의 일반 명사로 사용)라고 생각하지만 실제로 이는 특정한 화학물질입니다. 2액형 구조용 접착제에 대한 이야기할 때에는 에폭시, 아크릴 및 우레탄의 세 가지 주요 화학 유형이 있으며 이들 모두는 서로 다른 특성을 가지고 있습니다.

에폭시는 가장 오래된 화학물질이며 여전히 많은 상황에서 최고의 성능을 제공합니다. 에폭시는 금속 접착 시 최고의 피로 성능과 내환경성을 제공합니다. 금속 외에도 에폭시는 CFRP(탄소 섬유 강화 중합체)와 같은 열경화성 복합재를 접착하는 데 매우 뛰어납니다. 또한 유리, 세라믹 및 목재, 일부 고무와 특정 열가소성 수지도 접착할 수 있습니다. 에폭시를 사용한 접착에서 중요한 사항은 실온 경화를 위해 잘 처리된 표면이 필요하다는 점입니다. 표면 세정이 필요하며 강한 접착력을 얻기 위해 연마가 필요할 수도 있습니다. 또한 에폭시는 2액형 구조용 접착제의 두번째 종류인 아크릴만큼 빠르게 경화되지 않습니다.

아크릴은 구조용 접착제의 최신 카테고리로서 세 가지 이유에서 생산효율적이라고 말할 수 있습니다. 첫째는 주어진 고정시간 동안 매우 빠르게 경화 또는 강도를 형성한다는 점입니다. 둘째로는 유성 표면에 대해 상대적으로 적용이 가능한 경향이 있는데, 이는 오일을 세척하지 않는 것이 가능하기 때문에 표면 처리의 필요성이 덜하다는 것을 의미합니다. 셋째로는 우수한 열가소성 접착제이므로 열가소성 수지에서 매우 뛰어난 강도를 얻을 수 있다는 점입니다. 특정 아크릴의 경우 플라즈마 처리나 프라이밍 없이도 LSE 폴리올레핀 소재를 접착할 수 있습니다. 몇 가지 단점: 아크릴은 에폭시가 가지는 환경적 또는 피로 성능을 갖지 못하며, 에폭시 대비 경화 수축이 많은 경향이 있습니다. 이는 특정 유형의 조인트 디자인, 특히 골프 클럽의 샤프트와 같은 경직된 조인트가 클럽 헤드로 들어갈 때 문제가 될 수 있습니다.

일반적으로 볼 수 있는 세 번째 유형의 구조용 접착제는 2액형 우레탄이며, 이는 1액형 우레탄처럼 동작합니다. 차이점은 2액형으로 구성되어 있고 경화가 수분을 기반으로 하지 않고 화학적이기 때문에 경화 깊이 문제나 1액형 우레탄 실란트에서 발생하는 매우 느린 경화가 없다는 점입니다. 2액형 우레탄은 가장 낮은 유리 전이 온도(Tg)와 함께 가장 유연하고 가장 고무 같은 구조용 접착제입니다. 즉, 저온에서 강도를 잘 유지하지만 고온에서 고강도를 요구하는 적용 분야에는 적합하지 않습니다. 일반적으로 전처리되어 있지 않거나 때로는 프라이밍되어 있는 금속에서도 강력한 접착력을 제공하지 못합니다. 2액형 우레탄은 일반적으로 플라스틱, 목재, 직물 및 고무와 같은 물질에 사용됩니다.

확인한 바와 같이, 이 세 가지 주요 화학물질은 각기 서로 다른 특성을 가지고 있으므로 올바른 유형을 선택하려면 적용 분야의 요구 사항을 잘 이해하는 것이 중요합니다. 3M에서는 이러한 모든 유형의 구조용 접착제를 이해하고 판매 중이며 항상 최종 사용 환경에 대한 논의에서부터 시작하려 노력하고 있습니다: 끝까지 버틸 수 없다면 만들 이유가 없습니다. 고객과의 협력을 통해 최종 사용처에 적합한 제품 범위를 파악한 다음 생산을 검토하고 검증 테스트를 위해 시도해 볼 일부 접착제를 지정하게 됩니다.

기술 데이터 시트

이것은 일반적인 질문이며 매우 중요합니다. 예를 들어, 조지아의 야외 공장은 계절에 따라 40°F에서 104°F까지 변할 수 있습니다. 구조용 접착제는 화학 반응에 의존하고 이러한 반응은 온도에 따라 달라지므로,온도가 낮을수록 반응 속도가 느려지고 온도가 높을수록 반응 속도가 빨라진다는 사실이 가장 중요하게 고려해야 하는 사항입니다.

아레니우스식은 반응과 온도 사이의 상관성에 관한 공식입니다. 섭씨 10도 차이가 날 때마다 반응 속도가 두 배 또는 절반으로 줄어든다는 것이 일반적인 가이드입니다. 25°C 또는 실온에서 20분의 고정시간을 갖는 접착제를 예로 들어 보겠습니다. 온도를 35°C로 변경하면 고정시간이 절반, 즉 약 10분으로 줄어들게 됩니다. 반대로, 온도를 15°C로 낮추면 총 고정시간이 40분에 가까워집니다.

고정시간뿐만 아니라 전체 반응도 같은 방식으로 진행됩니다. 실온에서 운반 강도에 도달하는 데 2시간이 걸린다면, 10°C 더 차가워질 경우 4시간이 걸립니다. 이러한 특성이 중요한 이유는 야외 작업과 계절적 변화 때문만은 아닙니다. 바로 생산에도 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 고정시간을 줄이지 않고 처리량을 늘리고 싶다면 실온에서 부품을 조립한 다음 10 또는 20도 더 따뜻한 곳으로 옮겨서 경화 속도를 높이면 됩니다. 실제로 대략 50°C 이상에서는 반응이 더 빠르게 진행됩니다. 그러므로 열경화성 접착제의 반응 속도를 높이는 것에 대한 기술 게시판을 살펴보면, 약 50°C 이상이 될 경우 실온에서 며칠 걸리는 접착제의 완전 경화를 몇 시간 만에 끝낼 수 있습니다.

이 질문은 고객으로부터 자주 받지만, 상황에 따라 달라지기 때문에 깔끔하고 완벽한 정답은 없는 질문입니다. 알려드릴 수 있는 단일 값은 없지만 온도 노출에 대해 생각할 때 고려해야 할 사항 몇 가지가 있습니다.

접착제는 어떤 식으로 경화됩니까?
접착제가 이제 막 운반 강도에 도달했거나 아직 어느 정도 액체인 경우에는 조립 후 3주 또는 6개월 후 완전히 경화된 경우에 비해 온도 노출이 다른 방식으로 동작합니다.

적용 분야에서 겪을 수 있는 온도의 절대 값은 어떻게 됩니까?
가장 높을 때는 얼마나 높고 가장 낮을 때는 얼마나 낮습니까? 이 질문은 접착제가 극한값에 도달하여 열에 따른 성능 저하 문제가 발생하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

해당 어셈블리가 이러한 극한의 온도와 그 사이의 각 지점을 얼마나 오래 겪습니까?
부품이 절대적으로 높은 고온인 150°C를 겪게 될 경우, 이 고온을 5분간 겪는지 아니면 5주간 겪는지에 따라 차이가 나타납니다. 그러므로, 총 온도 노출과 이에 기반한 성능 저하 효과를 고려해야 합니다. 빈도 또한 관련이 있습니다. 부품이 극한의 온도로 얼마나 자주 이동합니까? 24시간마다 밤 40°F, 낮 115°F 사이에서 사이클을 도는 사막에서의 야외 적용과 1년 주기로 한 번에 몇 달간 같은 수준의 극단의 온도를 겪는 적용 분야는 매우 다릅니다.

접착제가 해당 온도에 노출되는 동안 접착제에 실제로 가해지는 하중은 어느 정도입니까?
이 마지막 질문이 가장 중요할 수 있습니다. 접착제가 열에 따른 성능 저하를 겪고 있지 않더라도 접착제는 여전히 중합체이며 물리적인 변화를 겪게 됩니다. 구체적으로, 온도가 특정 지점(유리 전이 온도)을 넘어서 증가하게 되면, 유리같이 단단한 상태에서 더 부드럽고 고무 같은 상태로 전이하게 됩니다. 강성, 열팽창 계수 및 열 용량을 포함한 접착제의 물리적 특성은 온도가 올라가거나 내려감에 따라 전이 과정을 통해 변하게 되며, 이는 접착제의 하중 지지력에 영향을 줄 수 있습니다.

충분한 정보가 없는 상태에서 접착제용 기재 준비 방법을 위한 명쾌한 대답은 없습니다. 기재와 접착제에 대한 질문은 다른 모든 조건에 종속적이기 때문에 아마도 가장 복잡한 질문일 것입니다: 접착제의 전반적인 성능 요구사항은 온도, 환경 조건, 필요한 전반적인 강도와 경화 속도 등의 공정 조건에 따라 정해집니다. 기재의 준비 여부와 방법은 선택한 접착제의 유형에 크게 좌우되며 기재 자체 내에서도 여러 등급이 존재합니다: 모든 ABS가 ABS가 아니므로 해당 표면을 처리하는 방법에 대한 포괄적인 설명은 제공이 불가능할 수도 있습니다.

즉, 네 가지의 광범위한 범주의 기재가 존재하며, 그 안에서도 각각을 접착하는 다양한 접착제 화학물질이 존재합니다.

금속은 높은 표면 에너지를 가지므로 표면이 깨끗하고 건조할 경우 접착제가 쉽게 흘러들 수 있어야 하지만, 모든 금속이 동일하지는 않습니다. 알루미늄과 구리를 살펴보겠습니다. 알루미늄은 부동태화된 (비활성) 금속으로 매우 비활성적인 반면, 구리는 지속적으로 부식되는 활성 금속이므로, 표면 처리 고려 시에도 시간이 지남에 따라 부식으로 인한 성능 저하가 발생할지를 생각해야 합니다.

기존 소재에는 유리, 목재, 가죽 및 콘크리트 등이 있습니다. 이들은 중간 범위의 표면 에너지를 가지고 있지만, 일반적으로 각각에게는 고려해야 하는 몇 가지 특징적인 요소가 있습니다. 거칠기가 한 예입니다. 또 다른 것으로는 유제 공정으로부터 오일을 함유하게 된 천연 가죽입니다. 시간이 지남에 따라 접착제로 오일이 침출되고 가소화되어 접착력을 저하시킬 수 있습니다. 유리의 가수 분해는 유리 접착 시 성능 저하를 막기 위해 수분 침투가 매우 중요하다는 것을 의미합니다.

가공된 플라스틱은 아크릴, 폴리카보네이트, ABS 및 에폭시 수지 복합재와 같이 표면 에너지 성능이 뛰어난 플라스틱입니다. 접착력이 표면 에너지에만 관련된 것이 아니기 때문에 이러한 소재는 매우 특별합니다. 접착제가 표면 전체에 흐를 수 있지만 접착력은 플라스틱의 결정도와 극성에 따라 결정됩니다. 나일론과 같은 물질은 매우 높은 표면 에너지를 가지고 있지만 결정도가 높고 극성이 높지는 않습니다. 접착 메커니즘 중 일부를 살펴보면, 많은 접착제가 처음에는 접착되지만 더 철저하게 표면 처리를 하지 않으면 시간이 지남에 따라 접착에 실패하게 됩니다.

낮은 표면 에너지 플라스틱(LSE 플라스틱)은 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같이 상용품 형태의 플라스틱이며, 불소화 플라스틱 및 실리콘과 같이 표면 에너지가 매우 낮은 것도 있습니다. 폴리올레핀 및 LSE 플라스틱은 프라이머 또는 일정한 종류의 코로나 처리를 사용해야 하거나 해당 플라스틱에 침투해 기재 자체의 중합체와 얽혀 결합을 생성하도록 설계된 특수 접착제를 사용해야 하기 때문에 그 자체로서 하나의 범주가 됩니다.

이러한 모든 변수들로 인해 간단한 답변은 불가능하기 때문에 일반적으로 공정에서 접착제가 작동하는지 확인하기 위해 테스트와 프로토 타입을 여전히 수행해야 합니다. 3M.com의 '접착 및 조립'과 '소재 접착' 페이지는 기재 정보 검색을 시작하기에 적당한 곳이며 여기에는 본 주제에 대한 보다 광범위한 배경 지식이 들어 있습니다.

두 번째 제안으로는 살펴보고 있는 접착제의 기술 데이터 페이지를 검토하는 것입니다. 이 페이지에는 다양한 기재에 대한 접착력이 나타나 있습니다. 이러한 페이지는 일반적으로 다음의 두 가지 사항을 보여줍니다: 제곱 인치당 파운드 / psi 또는 메가파스칼 / MPa(중첩 전단의 경우) 또는 인치당 파운드(박리의 경우) 단위로 응력 하에서의 강도를 나타내는 숫자 및 파손 모드. 응집 파괴의 파손 모드는 나열된 조건에서 테스트한 접착제가 당김에 의해 파손된 이후 두 기재에 접착되어 남아 있음을 의미합니다: 접착이 아니라 접착제 자체가 파손되는 것입니다. 접착제 파손은 접착제가 기재 중 하나에서 당겨져 떨어졌다는 것을 나타냅니다. 이는 접착제가 적합한지 그리고 고려대상에 계속 남겨둬도 되는지에 대한 대략적인 지침을 제공할 수 있습니다.

세 번째 옵션은 특정 기재를 염두에 두고 있거나 접착제에 넣을 수 있는 첨가제에 대한 질문이 있는 경우 3M에 문의하는 것입니다. 3M의 기술 팀은 어떤 일이 벌어지는지 들여다본 후 부품이 지속되는 기간에 걸쳐 어떤 접착제가 더 나은 옵션인지 고객이 이해할 수 있도록 기술 서비스 요청을 처리합니다.

3M™ EPX 어플리케이터 준비 및 사용에 대한 데모는 위의 동영상을 시청하거나 아래 기술 게시판 링크에서 문서로 된 지침을 확인하세요.

모든 사람들이 웹사이트에서 기술 데이터 시트를 다운로드한 모든 숫자를 들여보고 이러한 정보가 향후 발생할 일을 모두 설명해주기를 원하지만, 실제로 이런 일은 벌어지지 않습니다. 기술 데이터 시트는 제품을 서로 비교하는 데 도움이 되지만 사용자의 적용 분야에서 특정한 성능을 보장하지는 않습니다.

접착제 비교를 위해 3M은 매우 표준화된 테스트를 수행합니다. 데이터 시트에서 가장 일반적으로 볼 수 있는 항목은 중첩 전단 ASTM D-1002입니다. 이는 다양한 소재에서 수행할 수 있는 매우 표준화된 테스트입니다. 제품이 해당 소재의 표면에 얼마나 잘 접착되어 있는지, 어떤 표면 처리가 이루어져야 하는지, 그리고 온도가 달라지면 접착에 어떤 영향을 미치는지 파악하는 데 도움이 됩니다. 박리 테스트는 다양한 유형의 응력 하에서 관련된 정보를 들여다 볼 수 있는 또 하나의 일반적인 숫자 세트입니다.

이 데이터 시트에서 볼 수 있는 다음 항목으로는 고정시간, 경화 시간, 점도 특성, 계수 및 신장율 등 제품 자체의 일부 고유한 특성입니다. 이러한 특성은 선택 범위를 좁히고 모델링 대상 제품을 선정해 적용 분야에서 어떻게 작동하는지 확인할 수 있도록 돕습니다. 다시 말씀드리지만, 이는 접착제 자체의 기본적인 특성이므로, 예를 들면 주어진 접착제와 다양한 표면 처리 수준 등을 비교할 수 있습니다. 디자인의 성능을 보장하는 것은 아니므로 다음으로 수행해야 할 일은 검증 테스트입니다.   

데이터 시트 이외에도 3M은 사용자를 위한 특정 테스트를 무료로 수행합니다. 특이한 플라스틱 또는 페인트를 보유하고 있고 어떤 접착제가 가장 적합한지 어떤 표면 처리를 해야하는지 또는 얼마나 많은 경화 시간이 필요한지 확인해야 하는 경우, 저희가 도와드릴 수 있습니다. 자체 검증 테스트에 필요한 접착제 종류를 간추리기 위해 무료로 표준화된 테스트를 수행해드립니다.

점도는 데이터 시트에 표시되는 숫자이지만 접착제의 특성을 실질적으로 나타내지는 않기 때문에 혼동을 일으킬 수 있습니다. 이 접착제는 비뉴턴식으로 작동합니다. 즉, 간단히 말해 겉보기 점도나 유동 방식은 적용하는 전단 응력에 따라 달라집니다. 휘핑 크림을 생각해 보세요. 쉽게 저을 수 있지만, 파이에 덩어리로 올려 놓으면 덩어리 형태가 유지됩니다. 이는 비뉴턴식 작동의 예이며, 모든 2액형 접착제가 작동하는 방식입니다.

데이터 시트의 점도 수치만 확인해서는 어떤 일이 발생할지 완벽하게 이해할 수 없기 때문에 접착제는 흐름 방지 또는 셀프 레벨링과 같은 용어를 사용해 특성화시키게 됩니다. 처짐 방지 접착제는 중력과 관련된 응력의 영향만 받고 있을 때 떨어지거나 흘러내리거나 흐르지 않습니다. 휘핑 크림 덩어리처럼 붙여 놓은 곳에 그대로 남아 있습니다. 반면에 셀프 레벨링 제품은 매끄럽고 레벨링을 통해 평평한 표면을 형성하여 팟팅과 같은 적용 분야에 유용하게 사용할 수 있습니다.

이는 벌크 디스펜싱과 관련해 많은 영향을 미치므로 두 유형의 작동 방식을 모두 이해해야 합니다. 일반적으로 점도 동작 대비 전단율을 보려면 유동학적 곡선이 필요합니다. 명심해야 할 또 다른 요소는 이 모든 것이 온도에 종속적이라는 사실입니다. 또 다른 음식 비유로는 꿀을 생각해 볼 수 있습니다. 차가울 때는 매우 두껍지만 전자 레인지에서 돌리면 훨씬 더 잘 흐르게 됩니다. 접착제도 동일하게 적용됩니다. 겨울철의 접착제 작동 방식에 익숙해지더라도 계절이 바뀌고 생산 공장이 20도 더 따뜻해지면 접착제가 예상보다 많이 흐를 수 있습니다.

접착제의 겉보기 점도 또는 흐름에 영향을 미치는 세 번째 요소는 반응입니다. 2액형 접착제를 사용할 경우 두 액형이 혼합 노즐에서 만날 때 반응을 시작합니다. 이때 젤화되면서 점도가 높아지므로 믹스 노즐을 통해 흐르게 하려면 훨씬 더 많은 힘이 필요하게 됩니다. 특히 부품마다 소량의 빠른 경화 접착제를 디스펜싱하는 경우 이는 실제로 문제가 될 수 있습니다.

적용 분야에 가장 적합한 접착제와 해당 소재를 디스펜싱하는 방법을 지정할 때에는 이러한 모든 가능성을 고려해야 합니다.

요약하자면, 확인해야 하는 세 가지 항목은 점도 대비 전단율이며, 이 값이 적용 분야에 요구되는 부분과 제품 디스펜싱 시 관계된 온도에 매칭이 되는지 그리고 경화 속도에 대비하여 젤화된 소재가 지속적으로 믹스 노즐에 쌓일 정도로 접착제가 빨리 경화되지 않게 보장하도록 하는 부품당 디스펜싱 용적에 잘 매치가 되지는 등을 확인해야 합니다.